C++ 网络编程：完成端口IOCP具体实现

IOCP（I/O Completion Ports）是Windows操作系统提供的一种高效的异步I/O模型，主要用于处理大量并发I/O请求的应用程序。

IOCP通过以下几个关键概念来实现高效的异步I/O：

Completion Port：这是一个内核对象，多个I/O操作可以与其关联。每个完成端口可以关联多个线程，用于处理I/O完成事件。

I/O Request Packet (IRP)：当一个异步I/O请求被发出时，操作系统会创建一个IRP来跟踪这个I/O操作。完成端口会在I/O操作完成时接收到一个包含I/O结果的消息。

Worker Threads：在使用IOCP的应用程序中，通常会创建一个线程池。这些工作线程会等待从完成端口获取I/O完成的通知，然后处理相应的I/O操作。

Asynchronous I/O：使用IOCP的应用程序通常会发出异步I/O请求，而不是阻塞的同步I/O请求。这允许应用程序在等待I/O操作完成的同时继续处理其他任务，从而提高了并发性能。

IOCP工作流程

创建完成端口：使用CreateIoCompletionPort创建一个完成端口。

关联文件句柄：使用CreateIoCompletionPort将文件句柄（如套接字或文件）与完成端口关联。

发出异步I/O请求：使用异步I/O函数（如ReadFile、WriteFile）发出I/O请求，并提供OVERLAPPED结构。

等待I/O完成：工作线程使用GetQueuedCompletionStatus等待I/O完成通知。该函数会阻塞，直到一个I/O操作完成或超时。

处理I/O完成：工作线程获取I/O完成通知后，处理完成的I/O操作（如读取数据、写入数据或处理错误）。

同步I/O和异步I/O

同步I/O

同步I/O操作会阻塞调用线程，直到I/O操作完成。换句话说，线程在发出I/O请求后会等待操作完成，然后再继续执行后续的代码。

特点

阻塞：调用线程在I/O操作完成之前会一直等待，无法执行其他任务。

简单：编程模型简单，容易理解和实现。

适用场景：适用于I/O操作相对较少或可以接受阻塞等待的情况。

异步I/O

异步I/O操作不会阻塞调用线程。调用线程在发出I/O请求后可以立即继续执行其他任务，而操作系统会在I/O操作完成时通知应用程序。

特点

非阻塞：调用线程不必等待I/O操作完成，可以并行处理其他任务，提高了并发性能。

复杂：编程模型相对复杂，需要处理I/O完成的通知和结果。

适用场景：适用于高并发、高吞吐量的应用场景，如服务器和网络编程。

windows异步IO接口

1. CreateIoCompletionPort

CreateIoCompletionPort用于创建一个新的完成端口或将一个文件句柄（如套接字或文件）关联到现有的完成端口。

HANDLE CreateIoCompletionPort(

    HANDLE FileHandle,

    HANDLE ExistingCompletionPort,

    ULONG_PTR CompletionKey,

    DWORD NumberOfConcurrentThreads

);

FileHandle：要关联的文件句柄。如果为INVALID_HANDLE_VALUE，则创建一个新的完成端口。

ExistingCompletionPort：现有的完成端口句柄。如果创建新完成端口，此参数应为NULL。

CompletionKey：与文件句柄关联的完成键，完成端口通知时将返回此键。

NumberOfConcurrentThreads：建议并发线程数。通常设置为系统的CPU核心数。

2. ReadFile 和 WriteFile

ReadFile和WriteFile是常用的异步读写函数。它们的异步操作需要结合OVERLAPPED结构。

BOOL ReadFile(

    HANDLE hFile,

    LPVOID lpBuffer,

    DWORD nNumberOfBytesToRead,

    LPDWORD lpNumberOfBytesRead,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

BOOL WriteFile(

    HANDLE hFile,

    LPCVOID lpBuffer,

    DWORD nNumberOfBytesToWrite,

    LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

3. GetQueuedCompletionStatus

GetQueuedCompletionStatus用于从完成端口获取I/O完成通知。调用此函数的线程将被阻塞，直到一个I/O操作完成或超时。

BOOL GetQueuedCompletionStatus(

    HANDLE CompletionPort,

    LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,

    PULONG_PTR lpCompletionKey,

    LPOVERLAPPED* lpOverlapped,

    DWORD dwMilliseconds

);

CompletionPort：完成端口句柄。

lpNumberOfBytesTransferred：接收传输的字节数。

lpCompletionKey：接收完成键。

lpOverlapped：接收指向OVERLAPPED结构的指针。

dwMilliseconds：等待的超时时间，以毫秒为单位。如果为INFINITE，则无限等待。

4. PostQueuedCompletionStatus

PostQueuedCompletionStatus用于将一个完成包投递到完成端口。这在模拟I/O操作或控制工作线程方面很有用。

BOOL PostQueuedCompletionStatus(

    HANDLE CompletionPort,

    DWORD dwNumberOfBytesTransferred,

    ULONG_PTR dwCompletionKey,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped

);

CompletionPort：完成端口句柄。

dwNumberOfBytesTransferred：传输的字节数。

dwCompletionKey：完成键。

lpOverlapped：指向OVERLAPPED结构的指针。

5. ReadFileEx 和 WriteFileEx

ReadFileEx和WriteFileEx提供了另一种异步I/O接口，它们通过回调函数通知I/O操作的完成。

复制 

BOOL ReadFileEx(

    HANDLE hFile,

    LPVOID lpBuffer,

    DWORD nNumberOfBytesToRead,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped,

    LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

BOOL WriteFileEx(

    HANDLE hFile,

    LPCVOID lpBuffer,

    DWORD nNumberOfBytesToWrite,

    LPOVERLAPPED lpOverlapped,

    LPOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine

);

C++ 网络编程：完成端口IOCP

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